JPH11343808A - ローター側流路形状 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、シュラウド付き静翼のシール
部におけるリーク量を減らすことで、静翼部での漏れ損
失を低減することにある。 【解決手段】本発明は、静翼シュラウドの前側つばをそ
の前側にある動翼のローター側流路面の延長線上より半
径の大きいほうへ突出させ、主流の動圧を利用してシュ
ラウド付き静翼シール部の下流側圧力を高め、シュラウ
ド付き静翼シール部の圧力差を減少し、シュラウド付き
静翼のシール部におけるリーク量を減らすことにある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シュラウド付き静
翼を有する多段軸流圧縮機のローター側流路形状に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】静翼先端の間隙では漏れ損失が生じ、間
隙が大きいほど損失も大きくなる。そこで、間隙を小さ
く設計できない場合は、シュラウド付き静翼を使用した
ほうが、静翼の性能が向上する。特に可変静翼では流路
と翼先端の間に大きな間隙が必要となるので、シュラウ
ド付き静翼が使われる。

【０００３】シュラウド付き静翼のシール部にはラビリ
ンスシールなどが使用される。ラビリンスシールでは、
シール歯先と回転体の間の間隙や、シール上流と下流の
静圧差，シール歯の歯数などからリーク量が決まる。リ
ークした流れは静翼シュラウドの前側つばと動翼ロータ
端面との間から主流に噴き出る。その際に混合損失が発
生する。さらに、リークした流れはもともと静翼で圧力
回復がなされた流体がリークして静翼上流に到達したも
のであり、そのあと主流とともに、静翼で再度圧力回復
がなされてしまうので、静翼はリーク流量分の無駄な作
用をすることになる。

【０００４】従来のシュラウドでは、静翼シール部の上
流圧力は静翼下流の主流の静圧と等しく、静翼シール部
の下流側圧力は、静翼上流の主流の静圧と等しい。静翼
での静圧上昇は、動翼での静圧上昇とほぼ同じであり、
静翼シール部のシール上流と下流の静圧差は大きい。

【０００５】このため、スペース上の制限でシール歯の
歯数が充分に取れない場合や、運転状況によりシール歯
先と回転体の間の間隙が大きくなる場合には、リーク量
が多くなり、静翼部での漏れ損失が大きくなってしまう
ので、シュラウド付き静翼の利点が損なわれることにな
る。

【０００６】特に静翼が高負荷化してくると、静翼での
静圧上昇が大きくなり、シュラウド付き静翼のシール部
におけるリーク量が増大する。この結果、静翼部での漏
れ損失が増大し、高負荷化による効率低下のほかに、リ
ーク量増大による効率低下が顕著になってくるという欠
点があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、シュ
ラウド付き静翼のシール部におけるリーク量を減らすこ
とで、静翼部での漏れ損失を低減することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、静翼シュラウ
ドの前側つばをその前側にある動翼のローター側流路面
の延長線上より半径の大きいほうへ突出させ、主流の動
圧を利用してシュラウド付き静翼シール部の下流側圧力
を高めることにより、シュラウド付き静翼シール部の圧
力差を減少し、シュラウド付き静翼のシール部における
リーク量を減らすことで、静翼部での漏れ損失を低減す
ることを提案するものである。

【０００９】即ち、シュラウド付き静翼のシール部には
ラビリンスシールなどが使用される。ラビリンスシール
のリーク量は、主として、シール歯先と回転体の間の間
隙と、シール上流と下流の静圧差により変化する。リー
クした流れは静翼シュラウドの前側つばと動翼ロータ端
面との間から主流に噴き出る。その際に混合損失が発生
する。さらに、リークした流れはもともと静翼で圧力回
復がなされた流体がリークして静翼上流に到達したもの
であり、そのあと主流とともに静翼で再度圧力回復がな
されてしまうので、静翼はリーク流量分の無駄な作用を
することになる。

【００１０】従来のシュラウドでは、静翼シール部の下
流側圧力は静翼上流の静圧とみなせるが、本発明のよう
に静翼シュラウドの前側つばをその前側にある動翼のロ
ーター側流路面の延長線上より半径の大きいほうへ突出
させると、突出した部分の主流を堰き止めるので、シー
ル部の下流側圧力が静翼上流の静圧に動圧分を足した値
になり、シール部の下流側圧力を高めることになる。こ
の結果、シュラウド付き静翼シール部の圧力差が減少す
るので、シュラウド付き静翼のシール部におけるリーク
量を減らすことができ、静翼部での漏れ損失を低減する
ことができる。一般に、静翼下流の静圧は、静翼上流の
静圧より大きく静翼上流の主流の全圧より小さい。静翼
上流には境界層があって境界層の高さ方向に流速分布が
あるので、全圧は境界層内で境界層の高さ方向に静圧か
ら主流の全圧までの分布を有する。このため、静翼シュ
ラウドの前側つばの位置によっては、シール部の下流側
圧力すなわち静翼上流の静圧に動圧分を足した値をシー
ル部の上流側圧力すなわち静翼下流の静圧と等しくする
ことも可能である。この場合は、リークしないことにな
るので、静翼部での漏れ損失はなくなる。

【００１１】運転状況によっては、静翼シュラウド前側
つばの主流部への突出量が減少し、シール部の下流側圧
力が計画通りには高くならないことがあるが、この場合
はシール歯先と回転体の間の間隙が小さくなり、シール
部でのシール効果が大きくなる。

【００１２】また、静翼シュラウドの前側つばをその前
側にある動翼のローター側流路面の延長線上より半径の
大きいほうへ突出させシール部の下流側圧力を高めるこ
とにより、シュラウドの上流下流の圧力差が小さくな
る。このことにより、シュラウドにかかる軸方向の力が
減少するので、静翼は強度的に楽になるという利点があ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を説明す
る。図１，図２は、多段軸流圧縮機の一部を取り出して
きた断面図であり、図１は本発明の一実施例、図２は従
来の例である。図１，図２において、図の左からきた作
動流体は、動翼１，静翼２，動翼３の順に流れ、次の静
翼に向かう。静翼２はシュラウド付き静翼であり、シュ
ラウド４とロータ５の間にラビリンスシール６が備わっ
ている。静翼２の下流の静圧すなわち図で静翼２の右側
の静圧は、静翼２の上流の静圧すなわち図で静翼２の左
側の静圧より大きい。図２の従来の例では、ラビリンス
シール６の右側の静圧は、静翼２の下流の静圧であり、
ラビリンスシール６の左側の静圧は、静翼２の上流の静
圧である。このため、ラビリンスシール６の右側の静圧
は、ラビリンスシール６の左側の静圧より大きく、ラビ
リンスシール６の右側から左側に流れがリークする。リ
ークした流れは、シュラウド前側つば７と動翼１のロー
ター側流路面後部８の間から主流部に噴き出る。

【００１４】図３は、シュラウド前側つば７付近を取り
出してきた断面図であり、シュラウド前側つば７を動翼
１のローター側流路面後部８の延長線上より半径の大き
いほうへ突出させる量ｔを示している。図４はラビリン
スシール間隙を固定した場合の、シュラウド前側つばの
突出量ｔとリーク流量の関係を示した図である。シュラ
ウド前側つば７を動翼１のローター側流路面後部８の延
長線上より半径の大きいほうへ突出させると、突出した
部分の主流を堰き止めるので、ラビリンスシール６の左
側の静圧は静翼２の上流の静圧に主流の動圧を足した値
になる。その結果、ラビリンスシールの圧力差が小さく
なるので、リーク流量は減少する。Ａ点では、ラビリン
スシールの圧力差が無くなるので、リークしない。

【００１５】図４の例では、Ａ点のシュラウド前側つば
の突出量ｔは動翼１下流のローター側流路面境界層の厚
みの２０％程度である。すなわち、リークが無くなるほ
ど、シュラウド前側つば７を動翼１のローター側流路面
後部８の延長線上より半径の大きいほうへ突出させた場
合でも、その突出量は主流流路高さに比べ大きくないの
で、突出させたことによる主流への悪影響はほとんどな
い。

【００１６】図２は従来の例であり、シュラウド前側つ
ば７は動翼１のローター側流路面後部８の延長線上より
半径の大きいほうへ突出していない。あるいは、仮にシ
ュラウド前側つば７が動翼１のローター側流路面後部８
の延長線上より半径の大きいほうへ突出しているとして
も、ラビリンスシールの圧力差を減少させるために主流
の動圧が有効に利用されるほどは突出していない。図１
は、シュラウド前側つば７の前縁位置を、シュラウド前
側つば７が動翼１のローター側流路面後部８の延長線上
より半径の大きいほうへ突出するように配置した本発明
の一実施例である。

【００１７】この結果、本発明では上述の作用により、
ラビリンスシールの圧力差が減少しリーク流量が減るの
で、静翼部での漏れ損失が低減する。その際、シュラウ
ドの主流流路面で剥離を生じないように、シュラウドの
主流流路面の形状を決め、また、主流の動圧が有効に利
用されるように、シュラウド前側つば７の形状や前縁半
径を決めると良い。

【００１８】図５は動翼１のローター側流路面後部８の
後縁位置を、シュラウド前側つば７が動翼１のローター
側流路面後部８の延長線上より半径の大きいほうへ突出
するように配置した本発明の他の実施例である。その結
果、上述と同様の作用により静翼部での漏れ損失が低減
する。その際、主流の動圧が有効に利用されるように、
動翼１のローター側流路面後部８の形状やシュラウド前
側つば７の形状と前縁半径を決めると良い。

【００１９】図６は、シュラウド前側つば７の前縁位置
及び動翼１のローター側流路面後部８の後縁位置を、シ
ュラウド前側つば７が動翼１のローター側流路面後部８
の延長線上より半径の大きいほうへ突出するように配置
した本発明の他の実施例である。その結果、上述と同様
の作用により静翼部での漏れ損失が低減する。その際、
シュラウドの主流流路面で剥離を生じないように、シュ
ラウドの主流流路面の形状を決め、また、主流の動圧が
有効に利用されるように、動翼１のローター側流路面後
部８の形状やシュラウド前側つば７の形状と前縁半径を
決めると良い。図１，図５，図６のシールはラビリンス
シールであるが、例えばハニカムシールやブラシシール
など、ほかの方法のシールでも上述と同様の作用により
静翼部での漏れ損失が低減する。図１，図５，図６は、
ハイロータイプのラビリンスシールであるが、ほかのタ
イプのラビリンスシールでも同様である。図１，図５，
図６では、ラビリンスシールの歯がシュラウドについて
いるが、ラビリンスシールの歯はロータ側についていて
も同様の作用により静翼部での漏れ損失が低減する。図
１，図５，図６では、ラビリンスシールがローター掘り
込み部の底面に設置されているが、シール部が他の部位
に設置されていても同様の作用により静翼部での漏れ損
失が低減する。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、静翼シュラウドの前側
つばをその前側にある動翼のローター側流路面の延長線
上より半径の大きいほうへ突出させ、主流の動圧を利用
することで、シュラウド付き静翼シール部の下流側圧力
を高めることができる。このことによって、ラビリンス
シールの圧力差が減少し、シュラウド付き静翼のシール
部におけるリーク量を減らすことができるため、静翼部
での漏れ損失を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の多段軸流圧縮機の断面図。

【図２】従来の実施例の多段軸流圧縮機の断面図。

【図３】図１のローターとシュラウド部分の拡大図。

【図４】シュラウド前側つばの突出量とリーク流量の関
係を示す図。

【図５】図１の他の実施例の多段軸流圧縮機の断面図。

【図６】図１の他の実施例の多段軸流圧縮機の断面図。

【符号の説明】

１，３…動翼、２…静翼、４…シュラウド、５…ロータ
ー、６…ラビリンスシール、７…シュラウド前側つば、
８…動翼のローター側流路面後部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】動翼を取り付けたローターと静翼を取り付
   けたケーシングから流路形状を構成し、前記静翼内径部
   にシュラウドを有する多段軸流圧縮機において、前記シ
   ュラウド前側つばの位置によって、シュラウド前側つば
   をその前側にある動翼のローター側流路面の延長線上よ
   り半径の大きいほうへ突出させたことを特徴とするロー
   ター側流路形状。
2. 【請求項２】動翼を取り付けたローターと静翼を取り付
   けたケーシングから流路形状を構成し、前記静翼内径部
   にシュラウドを有する多段軸流圧縮機において、前記シ
   ュラウドの前側にある動翼のローター側流路面後部の子
   午面形状によって、シュラウド前側つばをその前側にあ
   る動翼のローター側流路面の延長線上より半径の大きい
   ほうへ突出させたことを特徴とするローター側流路形
   状。
3. 【請求項３】動翼を取り付けたローターと静翼を取り付
   けたケーシングから流路形状を構成し、前記静翼内径部
   にシュラウドを有する多段軸流圧縮機において、前記シ
   ュラウド前側つばの位置及びその前側にある動翼のロー
   ター側流路面後部の子午面形状によって、シュラウド前
   側つばをその前側にある動翼のローター側流路面の延長
   線上より半径の大きいほうへ突出させたことを特徴とす
   るローター側流路形状。